[发明专利]一种强磁性薄膜介质及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种薄膜介质及其制备方法，尤其是一种能够产生大磁场且应用到微细加工、偏置磁阻器件、抗磁悬浮、原子粒子操控、磁存储等领域的强磁性薄膜介质及其制备方法。

背景技术

永磁材料具有机械能与电磁能相互转换的功能。利用其能量转换功能和磁的各种物理效应，如磁共振效应、磁力学效应、磁化学效应、磁生物效应、磁性效应、磁阻效应、霍尔效应等，可将永磁材料做成各种形式的永磁功能器件。这些永磁功能器件已成为计算机、网络信息、通讯、航空航天、交通、办公自动化、家电、人体健康与保健等高新技术领域的核心功能器件。永磁材料已成为高新技术、新兴产业与社会进步的重要物质基础之一。永磁材料包括钕铁硼、钐钴、铝镍钴等。其中，钕铁硼具有创纪录的高剩磁、高矫顽力和高磁能积，被称为“磁王”。随着永磁材料尺寸减小至微米量级，其磁性能减弱，已不能满足微细加工、偏置磁阻器件、抗磁悬浮、原子粒子操控、磁存储等技术领域的要求。

随着永磁材料尺寸的减小，应用前景更加广泛，同时制备能产生大磁场的图案化薄膜介质工艺更加复杂，成本更高，并且没有得到独立的磁场，磁场强度弱。F.Dumas-Bouchiat etc.，Thermomagnetically patterned micromagnets.Applied.Physics.Letters.96，102511(2010)采用热磁记录方法得到图案化的能产生相互间反向平行、交替分布磁场的薄膜介质，因磁场反向平行减弱其磁场强度。A.Walther etc.Micro-patterning of NdFeB and SmCo magnet films forintegration into micro-electro-mechanical-system，Journal of Magnetism andMagnetic Materials，321590-594，(2009)采用掩模版法在Si衬底上生长6μm的SiO₂薄膜，然后生长NdFeB、SmCo薄膜得到能产生磁场的薄膜介质。ThomasBudde and Hans H.Gatzen，Thin film SmCo magnets for use in electromagneticmicroactuators，Journal of Applied Physics，99，08N304(2006)研究采用离子束刻蚀和湿化学刻蚀法得到产生磁场的图案化薄膜，工艺复杂，成本高。

发明内容

基于以上现状，为克服上述现有技术中存在的不足，本发明的目的旨在提供一种强磁性薄膜介质及其制备方法，旨在获得体积小、磁场强度大、磁场方向性好、图案化的薄膜介质。

为实现上述第一个目的，本发明的技术解决方案是：

一种强磁性薄膜介质，其特征在于：所述薄膜介质为衬底材料上缓冲层、永磁薄膜及保护层的叠层结构。其中，所述永磁薄膜为厚度介于10nm～1cm的钕铁硼薄膜、钐钴薄膜、铝镍钴薄膜，或上述该些的叠层薄膜；所述缓冲层为厚度介于5nm～100μm的Ti、Cr、Ta、Mo之一的膜体材料；所述保护层为厚度介于1nm～10μm的SiO₂、SiN、Cr、Ta之一的膜体材料。

本发明的另一个目的，其实现方法为：

一种强磁性薄膜介质的制备方法，其特征在于包括步骤：Ⅰ、制备清洁、干燥的Si衬底，并在衬底表面生长制备缓冲层；Ⅱ、真空条件下采用掩膜生长法或生长烧蚀法在缓冲层上依次制备具几何形状的永磁薄膜和保护层，Ⅲ、利用充磁机对薄膜介质进行磁化充磁。

进一步地，上述一种强磁性薄膜介质的制备方法，其中步骤Ⅱ中所述掩膜生长法所采用的掩膜板为具特定几何形状且厚度介于10μm～1cm的钼或不锈钢；其中步骤Ⅱ中所述生长烧蚀法指的是先在缓冲层上生长永磁薄膜，再在永磁薄膜上室温生长保护层，继而通过激光烧蚀得到具特定几何形状的薄膜。

进一步地，上述一种强磁性薄膜介质的制备方法，其中步骤Ⅰ和步骤Ⅱ中薄膜介质生长采用包括磁控溅射法、电子束蒸发法或脉冲激光沉积法制备，且本底真空度优于1×10^-4Pa。

实施本发明的技术方案，其优点为：

本发明将永磁材料的尺寸减小至微米量级，该产生大磁场的薄膜介质具有体积小、磁场强度大、磁场方向性好、设计简单、可靠性高等优点。此外，本专利采用的方法制备的薄膜介质工艺简单、应用领域更广。

附图说明

图1是本发明薄膜介质的层叠结构示意图。

具体实施方式